專(zhuān)利名稱(chēng)：一種新型Zn-Sb基熱電材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱電材料，具體的說(shuō)是一種新型的aiSb基熱電材料。
背景技術(shù)：
熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)是一種利用半導(dǎo)體材料的塞貝克效應(yīng)(kebeck)和帕爾帖效應(yīng) (Peltier)實(shí)現(xiàn)熱能和電能直接互相轉(zhuǎn)換的技術(shù)。而熱電轉(zhuǎn)換的效率無(wú)疑取決于熱電材料的熱電性能。至于熱電材料的熱電性能則由無(wú)量綱熱電優(yōu)值ZT= α2σ/κ決定，其中T是絕對(duì)溫度，α是塞貝克系數(shù)，σ是電導(dǎo)率，κ是熱導(dǎo)率。由上述公式可知，提高材料的電導(dǎo)率σ和塞貝克系數(shù)α，或者降低熱導(dǎo)率κ，均能夠增加ZT值從而提升熱電材料的熱電轉(zhuǎn)換效率。然而，對(duì)于金屬基熱電材料而言，這三個(gè)參數(shù)往往難以同時(shí)都朝向有益于提高ZT 值的方向變化，例如增大α值就會(huì)導(dǎo)致ο降低，因此，尋找有效提高ZT值的新型熱電材料一直是熱電技術(shù)領(lǐng)域的研究目標(biāo)。近年來(lái)，β-相Si4Sb3作為熱電材料的制備和使用受到了廣泛的關(guān)注和研究。 β _相&143133是一種ρ型半導(dǎo)體化合物，由于其復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)而具有非常低的熱導(dǎo)率和較高的電導(dǎo)率，被認(rèn)為是極具應(yīng)用前景的中溫?zé)犭姴牧希渲苽涔に嚒犭娦阅芎途w結(jié)構(gòu)等也被廣泛深入地研究。而同樣是Si-Sb基材料的SiSb基熱電材料，雖然早在上世紀(jì)六七十年代就已被發(fā)現(xiàn)在室溫具有很高的塞貝克系數(shù)，但是由于其同時(shí)也具有很高的熱導(dǎo)率，從而嚴(yán)重阻礙其成為熱電材料的候選，對(duì)其制備工藝、熱電性能、晶體結(jié)構(gòu)及實(shí)際應(yīng)用等的研究也很少，大大滯后于其它的β-相Zn4Sb3基熱電材料。如果能夠通有效降低SiSb基熱電材料的熱導(dǎo)率系數(shù)，無(wú)疑將使得SiSb基熱電材料的研究獲得極大的進(jìn)展，甚至使SiSb基熱電材料成功進(jìn)入實(shí)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的即在于提供一種具有優(yōu)異熱電性能的新型aisb基熱電材料。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案包括以下步驟首先，選取99. 999%純度的Si和99. 999%純度的Sb為原料，按照原子比1 1 的比例進(jìn)行配料并混合。隨后，將混合好的原料裝入真空石英管中，以8-lOK/min的升溫速率升溫至 720-7300C，熔融保溫4-5h后，投入水中淬火后再升溫至470-500°C保溫80_90h，得到SiSb
母合金錠。隨后將占SiSb母合金原子百分含量2. 1-2. 5%的99. 999%純度的Te粉與經(jīng)過(guò)預(yù)破碎的SiSb母合金錠一起放入行星式高能球磨機(jī)中進(jìn)行球磨；其中，所述Te粉粒度小于5 μ m，所述球磨具體為在惰性氣氛下，選用IOmm的不銹鋼球，球料比為6_4 1，轉(zhuǎn)速為 420-450rpm，球磨時(shí)間為12-14小時(shí)。隨后對(duì)球磨后的原料進(jìn)行熱壓燒結(jié)，其中燒結(jié)溫度為400-450°C，壓力為 50-70MPa，保溫時(shí)間為2_池，從而得到新型SiSb基熱電材料。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)球磨、熱壓燒結(jié)的合適工藝以及各個(gè)參數(shù)的適當(dāng)配合，能夠有效降低SiSb基熱電材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)，并且通過(guò)摻雜合適量的Te能夠得到η型SiSb基熱電材料。
具體實(shí)施例方式下面，通過(guò)具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1.首先，選取99. 999%純度的Si和99. 999%純度的Sb為原料，按照原子比1 1 的比例進(jìn)行配料并混合。隨后，將混合好的原料裝入真空石英管中，以9K/min的升溫速率升溫至720°C，熔融保溫4后，投入水中淬火后再升溫至470°C保溫80h，得到母合金錠。隨后將占SiSb母合金原子百分含量2. 的99. 999%純度的Te粉與經(jīng)過(guò)預(yù)破碎的SiSb母合金錠一起放入行星式高能球磨機(jī)中進(jìn)行球磨；其中，所述Te粉粒度約為3 μ m, 所述球磨具體為在惰性氣氛下，選用IOmm的不銹鋼球，球料比為6 1，轉(zhuǎn)速為420rpm，球磨時(shí)間為12小時(shí)。隨后對(duì)球磨后的原料進(jìn)行熱壓燒結(jié)，其中燒結(jié)溫度為400°C，壓力為50MPa，保溫時(shí)間為2h，從而得到新型aisb基熱電材料。制備得到的新型SiSb基熱電材料為η型，而普通的合金鑄錠為P型，同時(shí)本發(fā)明的aisb基熱電材料熱導(dǎo)率較之普通的aisb合金鑄錠下降約37%。實(shí)施例2.首先，選取99. 999%純度的Si和99. 999%純度的Sb為原料，按照原子比1 1 的比例進(jìn)行配料并混合。隨后，將混合好的原料裝入真空石英管中，以9K/min的升溫速率升溫至725°C，熔融保溫4. 5h后，投入水中淬火后再升溫至480°C保溫85h，得到SiSb母合金錠。隨后將占SiSb母合金原子百分含量2. 3%的99. 999%純度的Te粉與經(jīng)過(guò)預(yù)破碎的SiSb母合金錠一起放入行星式高能球磨機(jī)中進(jìn)行球磨；其中，所述Te粉粒度約為3 μ m, 所述球磨具體為在惰性氣氛下，選用IOmm的不銹鋼球，球料比為5 1，轉(zhuǎn)速為440rpm，球磨時(shí)間為13小時(shí)。隨后對(duì)球磨后的原料進(jìn)行熱壓燒結(jié)，其中燒結(jié)溫度為430°C，壓力為60MPa，保溫時(shí)間為2. 5h，從而得到新型SiSb基熱電材料。制備得到的新型SiSb基熱電材料為η型，熱導(dǎo)率較之普通的SiSb合金鑄錠下降約 39%。實(shí)施例3.首先，選取99. 999%純度的Si和99. 999%純度的Sb為原料，按照原子比1 1 的比例進(jìn)行配料并混合。隨后，將混合好的原料裝入真空石英管中，以9K/min的升溫速率升溫至730°C，熔融保溫5h后，投入水中淬火后再升溫至500°C保溫90h，得到SiSb母合金錠。隨后將占SiSb母合金原子百分含量2. 5%的99. 999%純度的Te粉與經(jīng)過(guò)預(yù)破碎的SiSb母合金錠一起放入行星式高能球磨機(jī)中進(jìn)行球磨；其中，所述Te粉粒度約為3 μ m,所述球磨具體為在惰性氣氛下，選用IOmm的不銹鋼球，球料比為4 1，轉(zhuǎn)速為450rpm，球磨時(shí)間為14小時(shí)。隨后對(duì)球磨后的原料進(jìn)行熱壓燒結(jié)，其中燒結(jié)溫度為450°C，壓力為70MPa，保溫時(shí)間為3h，從而得到新型aisb基熱電材料。制備得到的新型SiSb基熱電材料為η型，熱導(dǎo)率較之普通的SiSb合金鑄錠下降約 35%。
權(quán)利要求
1. 一種新型SiSb基熱電材料，其特征在于其由以下步驟制備得到 首先，選取99. 999%純度的Si和99. 999%純度的Sb為原料，按照原子比1 1的比例進(jìn)行配料并混合。隨后，將混合好的原料裝入真空石英管中，以8-lOK/min的升溫速率升溫至 720-7300C，熔融保溫4-5h后，投入水中淬火后再升溫至470-500°C保溫80_90h，得到SiSb母合金錠。隨后將占SiSb母合金原子百分含量2. 1-2. 5%的99. 999%純度的Te粉與經(jīng)過(guò)預(yù)破碎的SiSb母合金錠一起放入行星式高能球磨機(jī)中進(jìn)行球磨；其中，所述Te粉粒度小于 5μπι，所述球磨具體為在惰性氣氛下，選用IOmm的不銹鋼球，球料比為6-4 1，轉(zhuǎn)速為 420-450rpm，球磨時(shí)間為12-14小時(shí)。隨后對(duì)球磨后的原料進(jìn)行熱壓燒結(jié)，其中燒結(jié)溫度為400-450°C，壓力為50-70MPa，保溫時(shí)間為2-池，從而得到新型SiSb基熱電材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電材料，其中，所述新型SiSb基熱電材料為η型SiSb基熱電材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電材料的應(yīng)用，其中，所述應(yīng)用為熱電發(fā)電、制冷或者太陽(yáng)能等。
全文摘要
一種新型ZnSb熱電材料，其是將Zn、Sb原料真空熔煉并淬火回火后得到母合金錠，隨后將母合金錠摻雜一定的Te再經(jīng)高能球磨，熱壓燒結(jié)得到新型ZnSb熱電材料，所述的熱電材料為n型ZnSb熱電材料，其比以往制得的p型ZnSb熱電材料的熱導(dǎo)率降低至少30％。
文檔編號(hào)C22C1/05GK102534303SQ20121002045
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月19日
發(fā)明者劉桂蓮 申請(qǐng)人:劉桂蓮